بررسی هیدرولیک جریان سرریز بالارود با استفاده از مدل ریاضی flow3d و مقایسه با مدل فیزیکی

بررسی رفتار و خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی سرریز سد، از پدیده های پیچیده است که گاهاً با صرف هزینه و وقت زیاد تواَم می باشد. در بررسی این پدیده، تکنیکهای متفاوتی متناسب با اهدافی که بررسی برای آن صورت می گیرد قابل اعمال می باشد. تهیه مدل فیزیکی، استفاده از تجربیات کارشناسی، کاربرد مدلهای ریاضی درشبیه سازی خصوصیات جریان در حالت یک بعدی، دو بعدی و سه بعدی از جمله تکنیک ها و روشهایی است که در بررسیها مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه دسترسی به برنامه های دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) و کامپیوترهای پیشرفته و مجهز، باعث افزایش روز افزون کاربرد روشهای عددی در تجزیه و تحلیل جریان سیال شده است. یکی از نرم افزارهای عرضه شده در زمینه cfd، نرم افزار flow3d بوده که قابلیت تحلیل دو و سه بعدی میدان جریان را دارا می باشد. توانایی این برنامه مدل سازی سرعت و فشار و عمق بر روی سازه ها نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این نرم افزار از روش حجم محدود (finite volume) برای حل معادلات میانگین رینولدزی ناویر- استوکس (rans) استفاده می کند. سطح آزاد در این مدل به روش حجم سیال (vof) محاسبه می گردد. در مطالعه حاضر با استفاده از مدل flow3d، هیدرولیک جریان بر روی سرریز سد بالارود به ازاء 4 دبی 7/66، 9/85 ،160 و 3/190 لیتر بر ثانیه شبیه سازی شده و پارامتر های عمق، فشار، سرعت، عدد فرود، ضریب خوردگی و انرژی بر روی سرریز محاسبه و با داده های مدل فیزیکی سرریز سد بالارود که با مقیاس 1:40در آزمایشگاه مدل فیزیکی دانشکده مهندسی علوم آب احداث و پارامترهای فوق بر روی آن اندازه گیری شده بود، مقایسه گردید. بهینه سازی دیواره های هدایت سرریز اولین قدم در این تحقیق به شمار می رود. بهینه سازی هم به صورت کمی(دبی-اشل) و هم به صورت کیفی(مشاهده ی الگوی جریان) انجام شد که در نهایت دیواره ی هدایت شماره3 با مشخصات طول مستقیم 1/0متر ، شعاع انحنای 4/0 متر و زاویه ی قوس 110 درجه به عنوان بهترین گزینه انتخاب شد. نتایج تغییرات پارامترهای اندازه گیری شده در قالب جداول و نمودارها و تغییرات اعداد بی بعد مورد نظر در قسمت طول سرریز ارائه گردیده است. الگوی جریان آب در طول محور سرریز متاثر از تبدیل در مدخل سرریز و شکل و ابعاد پایه-های پل می باشد. در این رابطه می توان به تشکیل موج های لوزی شکل که در طول تنداب ایجاد می شود، اشاره کرد که در منحنی-های مربوطه آشکار می باشد. حداکثر سرعت جریـان آب در دبی 3/190 لیتر بر ثانیه و در? ?محل پرتابه جامی رخ داده و برابر 246/3 متر بر ثانیه میباشد. حداکثر مقدار عدد فرود جریان برابر 12/3 مـیباشـد که در دبـی? ?160 لیتر بر ثانیه به وقوع پیوسته است. حداقل ضریب خوردگی محاسبه شـده برابـر 665/0= ? ?? مـیباشـد و در دبـی? ?3/190 لیتر بر ثانیه و سپس 672/0= ? ?? در دبی160 لیتربر ثانیه، در محل مقعر پرتابه رخ میدهد. با توجـه بـه ضـریب خـوردگی ?محاسبه شده و ضریب خوردگی بحرانی که برابر 25/0=? ?میباشد، احتمال رخ دادن پدیده ی خوردگی در طول پرتابه وجـود? ?ندارد. نتایج حاصل از عمق و فشار در مدل flow3d و مدل فیزیکی در طول سرریز در بسیاری نقاط بر هم منطبق می باشد ولی در مورد سرعت نتایج مدل عددی و فیزیکی متفاوت می باشد که علت تفاوت می تواند در نحوه برداشت داده های سرعت در دو مدل باشد.